DE19526917A1 - Longitudinal swirl generating roughening elements - Google Patents

Longitudinal swirl generating roughening elements

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DE19526917A1 DE1995126917 DE19526917A DE19526917A1 DE 19526917 A1 DE19526917 A1 DE 19526917A1 DE 1995126917 DE1995126917 DE 1995126917 DE 19526917 A DE19526917 A DE 19526917A DE 19526917 A1 DE19526917 A1 DE 19526917A1
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Abstract

The convection plates are placed over their length preferable normal to the heat transfer surface, have an installation angle beta of between 30 and 65 degrees to the flow. The plates have a percentage height e/H of 2 to 5 per cent with regard to the distance to the opposite wall. The plates have preferably the smallest possible thickness delta which can correspond at most to the size of the plate height (e). A spacing interval (Lp) is included that is between five and fifteen times the height of the plate, and a length (l) which is three to six times the height, and at right angles to the flow have a constant distance between the individual winglets located to diverge in the direction of flow.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steigern des Wärmeüberganges in einer turbulenten Strömung zwischen einer Wand und einem Wärmeträgerfluid, das an der Wand entlangströmt, wobei die Konvektion im wandnahen Bereich durch Erhöhung des Turbulenzgrades und durch Austausch von wandnahem Fluid durch Fluid im Kernbereich der Strömung mittels induzierter Längswirbel erhöht wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens.The invention relates to a method for increasing the heat transfer in a turbulent flow between a wall and a heat transfer fluid, which at the Flows along the wall, the convection in the area near the wall by increasing the degree of turbulence and by exchanging fluid close to the wall for fluid in the Core area of the flow is increased by means of induced longitudinal vortices. Furthermore concerns the invention an apparatus for performing this method.

Der Wärmeübergang im wandnahem Bereich turbulenter Strömungen beruht im wesentlichen auf den Transportmechanismen der molekularen Diffusion, also der Wärmeleitung, welche von den Stoffeigenschaften abhängt, und der turbulenten Konvektion, also der Verwirbelung, welche vom Turbulenzgrad abhängt. Häufiges Ziel von Strömungsmanipulationen durch Einbauten ist es, den Wärmeübergangskoeffi­ zienten zu erhöhen, um dadurch bestimmte Fluid- und/oder Materialtemperaturen zu erreichen. Hierbei ist zu beachten, daß sämtliche Strömungsmanipulationen durch Ein­ bauten auch die Strömungsverluste bzw. die notwendige Pumpleistung erhöhen. Das Ziel besteht also in der optimalen Gestaltung der Einbauten, die bei gegebener Wärmeabfuhr einen möglichst kleinen Druckverlust erzeugen und damit die notwendi­ ge Pumpleistung minimieren.The heat transfer in the area near the wall of turbulent flows is based on essentially on the transport mechanisms of molecular diffusion Heat conduction, which depends on the material properties and the turbulent Convection, i.e. the turbulence, which depends on the degree of turbulence. Common goal of flow manipulation through internals is the heat transfer coefficient increase to thereby increase certain fluid and / or material temperatures to reach. It should be noted here that all flow manipulations by Ein built flow losses or increase the necessary pumping capacity. The The aim is therefore to optimize the design of the internals, given the given Heat dissipation generate the smallest possible pressure loss and thus the necessary Minimize the pump power.

Aufgrund der starken Quervermischung im Kernbereich einer turbulenten Strömung, liegt der thermische Widerstand in erster Linie in der viskosen Unterschicht der Strö­ mung. Wärmeübergangssteigernde Einbauten sollten also geringfügig höher sein, als die viskose Unterschicht dick ist, um eine Vermischung zwischen der Kernströmung und der viskosen Unterschicht zu bewirken. Die Dicke der viskosen Unterschicht kann in einer hydrodynamisch vollentwickelten turbulenten Strömung mit einem Wert kleiner fünf, gebildet aus dem Produkt des Wandabstandes mit dem Kehrwert der kinemati­ schen Viskosität und mit der Wurzel aus der Wandschubspannung dividiert durch die Dichte, angegeben werden. Bei Einbauten mit bis zu einer geringfügig größeren Höhe als der Dicke der viskosen Unterschicht spricht man auch von Rauhigkeitselementen. Neben homogener Rauhigkeit, wie der Sandrauhigkeit, gibt es die strukturierte oder auch diskrete Rauhigkeit. Due to the strong cross mixing in the core area of a turbulent flow, the thermal resistance lies primarily in the viscous lower layer of the stream mung. Internals that increase heat transfer should therefore be slightly higher than the viscous sub-layer is thick to prevent mixing between the core flow and the viscous underlayer. The thickness of the viscous underlayer can in a hydrodynamically fully developed turbulent flow with a value smaller five, formed from the product of the wall distance with the reciprocal of the kinemati viscosity and with the root of the wall shear stress divided by the Density. For installations up to a slightly larger height as the thickness of the viscous sub-layer one also speaks of roughness elements. In addition to homogeneous roughness, such as sand roughness, there is the structured or also discrete roughness.  

Die Erfindung stellt demnach eine strukturierte Rauhigkeitsform dar, bei der die Rauhigkeitselemente durch Anbringen, Ausprägen oder Ausstanzen an der wärme­ übertragenden Wand positioniert werden.The invention accordingly represents a structured roughness form in which the Roughness elements by attaching, stamping or punching out the heat transmitting wall can be positioned.

Die Erfindung nach den Ansprüchen 1-5 hat dementsprechend die Aufgabe durch Turbulenzanregung in der viskosen Unterschicht und durch Längswirbel, welche in die Strömung induziert werden und wandnahes Fluid aus der viskosen Unterschicht mit wandfernen Fluid aus dem Kernbereich der turbulenten Strömung austauschen, den Wärmeübergang zu erhöhen. Untersuchungen haben gezeigt, daß die induzierten Längswirbel im zeitlichen Mittel sehr stabil sind und weit in die Kernströmung reichen. Die Längswirbel entstehen durch Ablösung der Strömung entlang der Seitenkante eines Rauhigkeitselements, hervorgerufen durch die Druckdifferenz zwischen Druck- und Saugseite des Rauhigkeitselementes. Aufgrund der Schräganstellung des Rauhig­ keitselementes zur Strömung bildet sich ein Längswirbel aus, das heißt, daß die Wirbelachse näherungsweise in Strömungsrichtung weist.The invention according to claims 1-5 has the task accordingly Turbulence excitation in the viscous lower layer and through longitudinal vortices, which in the Flow induced and fluid close to the wall from the viscous lower layer Exchange fluid away from the core of the turbulent flow Increase heat transfer. Studies have shown that the induced Longitudinal vortices are very stable on average and extend far into the core flow. The longitudinal vortices are created by the flow separating along the side edge a roughness element, caused by the pressure difference between pressure and Suction side of the roughness element. Due to the inclined position of the Rauhig Keitselementes to flow forms a longitudinal vortex, that is, the Vortex axis approximately in the direction of flow.

Bei einer Anstellung des Wirbelerzeugers quer zur Strömung, also mit einem Anstell­ winkel von 90° würde sich ein Querwirbel bilden, bei dem die Wirbelachse quer zur Hauptströmungsrichtung verläuft.When the vortex generator is positioned at right angles to the flow, i.e. with one position An angle of 90 ° would form a transverse vortex in which the axis of the vertebra is transverse to Main flow direction.

Aufgrund der Schräganstellung der längswirbelerzeugenden Rauhigkeitselemente zur Hauptströmungsrichtung, ihrer geringen Höhe und der Verwendung vorzugsweise möglichst dünner Platten, ergibt sich nur eine sehr kleine Staudruckfläche, so daß die Strömungsverluste durch die Verminderung des Formwiderstandes im Vergleich zu Querrippen wesentlich kleiner sind. Weiterhin werden aufgrund der Längswirbel die Rückströmgebiete und damit die Strömungsverluste im Vergleich zu Querwirbeln wesentlich reduziert. Untersuchungen haben gezeigt, daß die Längswirbelerzeuger bei konstantem Volumenstrom nicht nur einen geringeren Druckverlust, sondern auch einen höheren Wärmeübergang gegenüber Querrippen erzielen.Due to the inclination of the longitudinal vortex generating roughness elements Main flow direction, its low height and the use preferred plates as thin as possible, there is only a very small dynamic pressure area, so that the Flow losses due to the reduction in the dimensional resistance compared to Cross ribs are much smaller. Furthermore, due to the longitudinal vertebrae Reverse flow areas and thus the flow losses in comparison to cross vortices significantly reduced. Studies have shown that the longitudinal vortices at constant volume flow not only a lower pressure loss, but also achieve a higher heat transfer compared to cross ribs.

Bekannt sind Längswirbelerzeuger in Rechteckform (EP 0 530 721), die allerdings aufgrund ihrer Größe von 0,5-0,6 des Abstandes zwischen der wärmeübertragenden Wand und der Gegenfläche für den Einsatz in turbulenten Strömungen ungeeignet sind, da das Verhältnis von Wärmeübergang zu Strömungsverlust gegenüber längs­ wirbelerzeugenden Rauhigkeiten wesentlich kleiner ist. Weiterhin sind diese Längs­ wirbelerzeuger im Vergleich zu den hier angesprochenen bezogen auf ihre Höhe e kürzer. Bei diesen Wirbelerzeugern zeigt sich, daß sie eine besonders hohe Steige­ rung des Wärmeüberganges an der gegenüberliegenden Wand bewirken.Longitudinal vortex generators in rectangular shape are known (EP 0 530 721), however due to their size of 0.5-0.6 the distance between the heat transfer Wall and the counter surface unsuitable for use in turbulent flows are, since the ratio of heat transfer to flow loss versus longitudinal eddy roughness is much smaller. Furthermore, these are longitudinal vortex generators compared to those mentioned here in terms of their height e shorter. These vortex generators show that they have a particularly high pitch  cause heat transfer on the opposite wall.

Die Erfindung weist demgegenüber folgende erfindungswesentliche Unterschiede auf:
Die Wirbelerzeuger besitzen eine Höhe von bis zu 5% des Wandabstandes der gegenüberliegenden Wände und verursachen dementsprechend wesentlich geringere Strömungsverluste als die Wirbelerzeuger nach EP 0 530 721.In contrast, the invention has the following differences essential to the invention:
The vortex generators have a height of up to 5% of the wall spacing of the opposite walls and accordingly cause significantly lower flow losses than the vortex generators according to EP 0 530 721.

Erst ab einer Höhe der längswirbelerzeugenden Rauhigkeitselemente von 5% des Wandabstandes der gegenüberliegenden Wände zeigt sich ein wärmeüber­ gangssteigernder Einfluß an der gegenüberliegenden Wand. Der wärmeüber­ gangssteigernder Einfluß findet jedoch selbst dann immer noch primär an der Wand statt, an der die Wirbelerzeuger befestigt sind.Only from a height of the longitudinal vortex-producing roughness elements of 5% the wall distance of the opposite walls shows a heat transfer gait-increasing influence on the opposite wall. The heat over however, the gait-increasing influence is still primarily found in the Wall instead of which the vortex generators are attached.

Während die Ausdehnung der Wirbel bei den Wirbelerzeugern nach EP 0 530 721 durch die gegenüberliegenden Wände begrenzt wurde, können sich die Wirbel der längswirbelerzeugenden Rauhigkeitselemente ausdehnen ohne durch Reibung an der gegenüberliegenden Wand zu dissipieren.During the expansion of the vertebrae in the vortex generators according to EP 0 530 721 was delimited by the opposite walls Stretch the vertebrae of the longitudinal vortex producing roughness elements without dissipate by friction on the opposite wall.

Durch ihre größere Streckung verursachen sie bezogen auf die Höhe der Rauhigkeitselemente einen stärkeren Wirbel als die Wirbelerzeuger nach EP 0 530721.Due to their greater elongation they cause relative to the height of the Roughness elements have a stronger vortex than the vortex generator according to EP 0 530721.

Während die Wirbelerzeuger nach EP 0 530 721 in erster Linie in laminaren Strömungen eingesetzt werden, den Turbulenzgrad nicht erhöhen sollen und der wärmeübergangssteigernde Mechanismus auf die Umlenkung der Strömung mit einer resultierenden Spülungswirkung an der wämeübertragenden Wand beruht, werden die längswirbelerzeugenden Rauhigkeitselemente der Erfindung in turbulenten Strömungen eingesetzt, wobei die wärmeübertragenden Mecha­ nismen auf eine Erhöhung des Turbulenzgrades in der wandnahen viskosen Unterschicht und eines Fluidaustausches von Kernströmung und wandnaher Strömung in der viskosen Unterschicht durch Längswirbel beruhen.While the vortex generators according to EP 0 530 721 are primarily laminar Currents are used, should not increase the degree of turbulence and the heat transfer increasing mechanism on the redirection of the flow with a resulting rinsing effect on the heat transfer wall based, the longitudinal vortex generating roughness elements of the invention used in turbulent flows, the heat-transferring Mecha nisms on an increase in the degree of turbulence in the viscose near the wall Lower layer and a fluid exchange of core flow and near the wall Flow in the viscous lower layer is based on longitudinal vortices.

Weiterhin sind Tütenwirbelgeneratoren nach DE-OS 37 39 619 bekannt, die ebenfalls im Vergleich zu der Erfindung relativ groß gegenüber den Wandabständen sind. Für diese Tütenwirbelgeneratoren gilt prinzipiell das gleiche wie für die Längswirbelerzeu­ ger nach EP 0 530 721.Bag vortex generators according to DE-OS 37 39 619 are also known compared to the invention are relatively large compared to the wall distances. For these bag vortex generators apply in principle the same as for the longitudinal vortex generators according to EP 0 530 721.

Längswirbelerzeuger für ein Wärmeaustauscherrohr nach DE 37 37 217 besitzen eine saugseitige Ausstanzung, die sich im Vergleich zu einer druckseitigen Ausstanzung nach eigenen Untersuchungen als weniger effektiv erwiesen hat. Die Erfindung weist demnach im Falle einer Ausstanzung und Umbiegung der Längswirbelerzeuger für eine normale Ausrichtung zur wärmeübertragenden Oberfläche gemäß Anspruch 1 bis 3 eine druckseitige Ausstanzung auf. Weiterhin besitzen die Längswirbelerzeuger für ein Wärmeaustauscherrohr nach DE 37 37 217 eine Höhe die gleich dem Rippen­ abstand, also dem Abstand der gegenüberliegenden Wände ist, so daß hier noch verstärkt das gleiche wie für die Längswirbelerzeuger nach EP 0 530 721 gilt. Ein weiterer erfindungswesentlicher Unterschied der Erfindung zu Längswirbelerzeugern für ein Wärmeaustauscherrohr nach DE 37 37 217 besteht in der Anordnung. Wäh­ rend die Längswirbelerzeuger nach DE 37 37 217 als einzelne Wirbelerzeuger zu betrachten sind, die gleichgerichtet auf der wärmeübertragenden Oberfläche aufge­ bracht sind und somit gleichsinnig rotierende Längswirbel erzeugen, beruht die Erfindung gemäß der Ansprüche 1 bis 5 auf eine periodische Anordnung, die durch die in Strömungsrichtung divergierende Anstellung der einzelnen Wirbelerzeuger in­ nerhalb einer Periode ein gegensinnig rotierendes Wirbelpaar in die viskose Unter­ schicht induzieren, deren gemeinsames zur Wand gerichtetes Strömungsfeld in der Mitte einer Periode zu einer starken Erhöhung der Wärmeübertragung führen, wie sie bei einzelnen Wirbelerzeugern nicht auftreten.Longitudinal vortex generators for a heat exchanger tube according to DE 37 37 217 have one Punch on the suction side, which is compared to a punch on the pressure side has proven to be less effective according to our own investigations. The invention points  accordingly in the case of punching and bending of the longitudinal vortex producers for a normal orientation to the heat transfer surface according to claim 1 to 3 a punched-out on the pressure side. The longitudinal vortex generators also have a heat exchanger tube according to DE 37 37 217 a height equal to the fins distance, that is the distance between the opposite walls, so that here is still increasingly the same as for the longitudinal vortex generator according to EP 0 530 721. On Another essential difference of the invention to longitudinal vortices for a heat exchanger tube according to DE 37 37 217 is in the arrangement. Wuh rend the longitudinal vortex generator according to DE 37 37 217 as a single vortex generator are considered, rectified on the heat transfer surface are brought and thus produce rotating longitudinal vortices in the same direction, is based Invention according to claims 1 to 5 on a periodic arrangement by the divergence in the flow direction of the individual vortex generators in Within a period, an oppositely rotating pair of vertebrae into the viscous lower induce layer whose common flow field in the Mid-period lead to a sharp increase in heat transfer, like them do not occur with individual vortex generators.

Einsatzgebiete der Erfindung finden sich zum Beispiel in den Kühlungskanälen von Gasturbinenschaufeln bei Konvektionskühlung. Meist werden hier durchgehende Rippen mit näherungsweise quadratischem Querschnitt eingesetzt. Abb. 6 zeigt eine Turbinenschaufel nach DE 32 48 163, wobei die 90°-Auslöserippen durch längswirbelerzeugende Rauhigkeitselemente ersetzt wurden. Hierdurch kann eine wesentliche Verbesserung im zweiten und dritten Kühlungsdurchlaß anstelle der dort vorgesehen 90°-Auslöserippen hinsichtlich Wärmeübergang und Druckverlust erzielt werden.Areas of application of the invention can be found, for example, in the cooling channels of gas turbine blades in the case of convection cooling. In most cases, continuous ribs with an approximately square cross section are used. Fig. 6 shows a turbine blade according to DE 32 48 163, the 90 ° release ribs being replaced by roughness elements which produce longitudinal vortices. As a result, a significant improvement in heat transfer and pressure loss can be achieved in the second and third cooling passages instead of the 90 ° trigger ribs provided there.

Da die Rippen in Turbinenschaufeln gegossen werden, können spezielle Querschnitts­ formen entsprechend Anspruch 5 entstehen. Die gegossenen Längswirbelerzeuger sollten vorzugsweise sehr dünn sein, bzw. ihre Dicke δ sollte nicht größer als die Höhe e entsprechend Anspruch 1 sein. Durch die Erfindung kann bei gleichem Druck­ verlust die Wärmeübertragung gesteigert werden und somit die Schaufeltemperatur gegenüber der Kühlung durch die herkömmlich eingesetzten 90°-Auslöserippen gesenkt werden.Because the fins are cast in turbine blades, special cross-sections can be used shape according to claim 5 arise. The cast longitudinal vortices should preferably be very thin, or their thickness δ should not be greater than that Height e according to claim 1. The invention allows at the same pressure loss of heat transfer and thus the blade temperature compared to cooling by the conventionally used 90 ° trigger ribs be lowered.

Weitere Einsatzgebiete der Erfindung finden sich in Platten- und Rippenrohrwärme­ tauschern, Regeneratoren und in Kondensatoren bei denen turbulente Strömungen auftreten.Further areas of application of the invention can be found in plate and finned tube heat  exchangers, regenerators and in condensers where turbulent flows occur.

Neben den Einsatz der längswirbelerzeugenden Rauhigkeitselemente in Kanälen, können sie auch in Ringspalten eingesetzt werden. Als Beispiel sei hier die Ver­ brennungsluftvorwärmung in Gasbrennern genannt, wo die Verbrennungsluft durch einen Ringspalt strömt bevor sie sich mit dem Brennstoff vermischt.In addition to the use of longitudinal roughness elements in channels, they can also be used in ring gaps. As an example here is Ver preheating combustion air in gas burners where the combustion air passes through an annular gap flows before it mixes with the fuel.

Schließlich sei noch die Kühlung nuklearer Brennelemente in Form einer turbulenten Ringspaltströmung erwähnt. Auch hier werden meist 90°-Rippen zur Kühlung ver­ wendet. Die Erfindung kann hier bei gleichem Druckverlust eine höhere Wärme­ übertragung erzielen.Finally, there is the cooling of nuclear fuel elements in the form of a turbulent one Annular gap flow mentioned. Here, too, 90 ° fins are usually used for cooling turns. The invention can achieve higher heat with the same pressure loss achieve transmission.

Die wesentlichen Merkmale der Erfindung finden sich in den Abb. 1 bis 5 wieder. Abb. 6 stellt ein konkretes Anwendungsbeispiel dar:The essential features of the invention can be found in Figs. 1 to 5. Fig. 6 shows a concrete application example:

Abb. 1: Längswirbelerzeugende Rauhigkeiten nach Anspruch 1 in periodischer Anordnung mit Periodenbreite Bp und Periodenlänge Lp bei zweiseitiger Belegung. Da diese Rauhigkeitselemente kaum einen Einfluß auf die gegenüberliegende Wand haben, ist auch eine einseitige Belegung sinnvoll, sofern die Wärme nur an einer bzw. von einer Wand abgege­ ben wird. Fig. 1: Longitudinal vortex-generating roughness according to claim 1 in a periodic arrangement with period width B p and period length L p with two-sided coverage. Since these roughness elements have hardly any influence on the opposite wall, a one-sided assignment is also sensible, provided that the heat is only given off on or from a wall.

Abb. 2: Perspektivische Ansicht einer Periode der längswirbelerzeugenden Rauhigkeitselemente nach Anspruch 1, Fig. 2: Perspective view of a period of the longitudinal vortex-generating roughness elements according to claim 1,

Abb. 3: Perspektivische Ansicht einer Periode der längswirbelerzeugenden Rauhigkeitselemente nach Anspruch 2, Fig. 3: Perspective view of a period of the longitudinal vortex-generating roughness elements according to claim 2,

Abb. 4: Perspektivische Ansicht einer Periode der längswirbelerzeugenden Rauhigkeitselemente nach Anspruch 4, Fig. 4: Perspective view of a period of the longitudinal vortex-generating roughness elements according to claim 4,

Abb. 5: Unterschiedliche Querschnittsformen für die längswirbelerzeugenden Rauhigkeitselemente nach Anspruch 1 und 5 mit: Fig. 5: Different cross-sectional shapes for the longitudinal vortex generating roughness elements according to claims 1 and 5 with:

1 rechteckige Querschnittsform
2 dreieckige Querschnittsform
3 sinusförmige Querschnittsform
4 halbrunde Querschnittsform
5 Querschnittsform mit abgerundeten Kanten entsprechend auch Anspruch 3, 1 rectangular cross-sectional shape
2 triangular cross-sectional shape
3 sinusoidal cross-sectional shape
4 semicircular cross-sectional shape
5 cross-sectional shape with rounded edges according to claim 3,

Abb. 6: Ansicht einer Laufschaufel einer Gasturbine entsprechend Fig. 1 des Patentes DE 32 48 163 mit längswirbelerzeugenden Rauhigkeiten (1) im zweiten und dritten Kühlungsdurchlaß anstelle der dort vorgesehenen 90°-Rippen. Fig. 6: View of a rotor blade of a gas turbine according to Fig. 1 of patent DE 32 48 163 with longitudinal vortices generating roughness ( 1 ) in the second and third cooling passage instead of the 90 ° fins provided there.

Claims (5)

1. Längswirbelerzeugende Rauhigkeitselemente als schräg zur Strömungsrichtung, sägezahnförmig unterbrochene, periodisch angeordnete, rechteckige Platten für natürliche und/oder erzwungene Konvektion, dadurch ausgezeichnet, daß die Platten auf ihrer Länge vorzugsweise normal auf die Wärmeübertragungsfläche aufgebracht bzw. normal zu ihr geprägt oder druckseitig ausgestanzt und umgebogen wurden, einen Anstellwinkel β zur Strömung zwischen 30° und 65° besitzen, eine prozentuale Höhe e/H von 2% bis 5% bezogen auf den Abstand zur gegenüberliegenden Wand haben, eine vorzugsweise möglichst geringe Dicke δ haben, die maximal der Größe der Plattenhöhe e entsprechen kann, einen Periodenabstand Lp zwischen der 5- bis 15fachen Höhe der Platten e haben, eine 3- bis 6fache Länge l der Höhe der Platten e haben und quer zur Strömungsrichtung einen gleichbleibenden Abstand s zwischen den einzelnen in Strömungsrichtung diver­ gierend angeordneten Winglets haben. (Abb. 1 und 2).1. Longitudinal vortex generating roughness elements as oblique to the direction of flow, sawtooth-shaped, periodically arranged, rectangular plates for natural and / or forced convection, characterized in that the length of the plates is preferably applied normally to the heat transfer surface or is normally embossed to it or punched out on the pressure side and were bent, have an angle of incidence β to the flow between 30 ° and 65 °, have a percentage height e / H of 2% to 5% based on the distance to the opposite wall, preferably have a thickness δ that is as small as possible, which is at most the size of the Plate height e can correspond to a period L p between 5 to 15 times the height of the plates e, 3 to 6 times the length l of the height of the plates e and transversely to the flow direction a constant distance s between the individual in the flow direction diver gently arranged Have winglets. ( Fig. 1 and 2). 2. Längswirbelerzeugende Rauhigkeitselemente nach Anspruch 1, dadurch ausgezeichnet, daß sie abweichend zum Anspruch 1 keine rechteckige Form, sondern eine dreieckige haben, deren Gratkante in Strömungsrichtung ansteigt. (Abb. 3).2. Longitudinal vortex-generating roughness elements according to claim 1, characterized in that, unlike claim 1, they do not have a rectangular shape but a triangular one, the ridge edge of which rises in the direction of flow. ( Fig. 3). 3. Längswirbelerzeugende Rauhigkeitselemente nach Anspruch 1 und 2, dadurch ausgezeichnet, daß sie abweichend zum Anspruch 1 und 2 abgerundete bzw. abgeschrägte Anström- und/oder Ablösekanten haben.3. longitudinal vortex generating roughness elements according to claim 1 and 2, characterized by the fact that they are rounded or have tapered leading and / or separation edges. 4. Längswirbelerzeugende Rauhigkeitselemente nach Anspruch 1 und 2, dadurch ausgezeichnet, daß sie abweichend zu den Ansprüchen 1 und 2 quer zur Strömungsrichtung verbunden sind, so daß eine nicht unterbrochene sägezahnförmige Anordnung entsteht. (Abb. 4).4. longitudinal vortex-generating roughness elements according to claim 1 and 2, characterized in that they are connected transversely to the flow direction, in contrast to claims 1 and 2, so that an uninterrupted sawtooth-shaped arrangement is formed. ( Fig. 4). 5. Längswirbelerzeugende Rauhigkeitselemente nach Anspruch 1, 2, 3 und 4, dadurch ausgezeichnet, daß sie abweichend zu den Abb. 1 bis 4 eine dreieckige, sinusförmige, halbrunde oder mit abgerundeten Kanten rechteckige Querschnitts­ form besitzen. (Abb. 5).5. Longitudinal vortex generating roughness elements according to claim 1, 2, 3 and 4, characterized in that they have a triangular, sinusoidal, semicircular or with rounded edges rectangular cross-sectional shape, deviating from Figs . ( Fig. 5).
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DE1995126917 Withdrawn DE19526917A1 (en) 1995-07-22 1995-07-22 Longitudinal swirl generating roughening elements

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DE (1) DE19526917A1 (en)

Cited By (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0825332A1 (en) * 1996-08-23 1998-02-25 Asea Brown Boveri AG Coolable blade
EP0945595A2 (en) * 1998-03-26 1999-09-29 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Gas turbine cooled blade
WO2001031170A1 (en) * 1999-10-22 2001-05-03 Pratt & Whitney Canada Corp. Heat transfer promotion structure for internally convectively cooled airfoils
EP1114976A2 (en) * 1999-12-28 2001-07-11 ALSTOM POWER (Schweiz) AG Device for cooling a conduit wall provided with at least one fin element
EP1118831A2 (en) * 1999-12-28 2001-07-25 ALSTOM POWER (Schweiz) AG Finned heat transfer wall
WO2004035992A1 (en) * 2002-10-18 2004-04-29 Alstom Technology Ltd. Component capable of being cooled
WO2005052490A1 (en) * 2003-10-28 2005-06-09 Behr Gmbh & Co. Kg Flow channel for a heat exchanger, and heat exchanger comprising such flow channels
DE202004013882U1 (en) * 2004-09-03 2006-01-12 Autokühler GmbH & Co. KG Heat transfer unit for use in heat exchanger of motor vehicle, has turbulence producing units that are squamously formed and having larger widths at transmission areas, where widths gradually decrease from areas in direction of flow axis
US7055586B2 (en) * 2001-05-25 2006-06-06 Maruyasu Industries Co., Ltd. Multitubular heat exchanger
FR2890103A1 (en) * 2005-08-25 2007-03-02 Snecma Movable gas turbine engine blade e.g. movable high-pressure turbine blade, has air deflector positioned based on air flow that is centrifugal or centripetal, to project air circulating in cavity towards wall of cavity
EP1818504A2 (en) * 2006-02-09 2007-08-15 Hitachi, Ltd. Material having internal cooling passage and method for cooling material having internal cooling passage
GB2441148A (en) * 2006-08-23 2008-02-27 Rolls Royce Plc Gas turbine engine component with coolant passages
DE102006045650A1 (en) * 2006-09-27 2008-04-03 Techeffekt Anstalt Forced flow helix channel for thermal converter, fluid mixer or catalyzer, has external flow channel provided with radial fluid bridge to central flow channel
EP1921269A1 (en) * 2006-11-09 2008-05-14 Siemens Aktiengesellschaft Turbine blade
DE102011088709A1 (en) * 2011-12-15 2013-06-13 Continental Automotive Gmbh Housing for electric machine, has coolant duct which is provided with turbulence bar for generating turbulence in the cooling liquid transverse to the flow direction of the cooling liquid
DE102005038395B4 (en) * 2004-08-26 2013-11-28 General Electric Co. Combustor cooling with inclined segmented surfaces
WO2014090314A1 (en) * 2012-12-13 2014-06-19 Alfred Kärcher Gmbh & Co. Kg Motor pump unit
US20140230442A1 (en) * 2013-02-20 2014-08-21 Hitachi, Ltd. Gas Turbine Combustor Equipped with Heat-Transfer Device
WO2015184294A1 (en) * 2014-05-29 2015-12-03 General Electric Company Fastback turbulator
DE19856458B4 (en) * 1998-12-03 2017-08-10 General Electric Technology Gmbh Cooling device for targeted exposure to a surface to be cooled with a gaseous cooling medium and method for this purpose
WO2017171763A1 (en) * 2016-03-31 2017-10-05 Siemens Aktiengesellschaft Turbine airfoil with turbulating feature on a cold wall
US10233775B2 (en) 2014-10-31 2019-03-19 General Electric Company Engine component for a gas turbine engine
US10280785B2 (en) 2014-10-31 2019-05-07 General Electric Company Shroud assembly for a turbine engine
US10364684B2 (en) 2014-05-29 2019-07-30 General Electric Company Fastback vorticor pin
EP3584408A1 (en) * 2018-06-18 2019-12-25 United Technologies Corporation Trip strip configuration for gaspath component in a gas turbine engine
EP3584407A1 (en) * 2018-06-19 2019-12-25 United Technologies Corporation Trip strips for augmented boundary layer mixing
CN113175841A (en) * 2021-04-28 2021-07-27 西安联创分布式可再生能源研究院有限公司 Vortex generation delta wing and vortex generation device
CN114077136A (en) * 2020-08-20 2022-02-22 台达电子工业股份有限公司 Wavelength conversion element and light source module
CN116552777A (en) * 2023-07-05 2023-08-08 中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所 Vortex regulator and aircraft

Cited By (53)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0825332A1 (en) * 1996-08-23 1998-02-25 Asea Brown Boveri AG Coolable blade
EP0945595A2 (en) * 1998-03-26 1999-09-29 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Gas turbine cooled blade
EP0945595A3 (en) * 1998-03-26 2001-10-10 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Gas turbine cooled blade
DE19856458B4 (en) * 1998-12-03 2017-08-10 General Electric Technology Gmbh Cooling device for targeted exposure to a surface to be cooled with a gaseous cooling medium and method for this purpose
US6406260B1 (en) 1999-10-22 2002-06-18 Pratt & Whitney Canada Corp. Heat transfer promotion structure for internally convectively cooled airfoils
WO2001031170A1 (en) * 1999-10-22 2001-05-03 Pratt & Whitney Canada Corp. Heat transfer promotion structure for internally convectively cooled airfoils
CZ298450B6 (en) * 1999-10-22 2007-10-10 Pratt & Whitney Canada Corp. Cooled gas turbine engine airfoil structure
EP1114976A3 (en) * 1999-12-28 2001-10-31 ALSTOM POWER (Schweiz) AG Device for cooling a conduit wall provided with at least one fin element
EP1118831A3 (en) * 1999-12-28 2001-12-12 Alstom Finned heat transfer wall
US6446710B2 (en) 1999-12-28 2002-09-10 Alstom (Switzerland) Ltd Arrangement for cooling a flow-passage wall surrrounding a flow passage, having at least one rib element
US6666262B1 (en) 1999-12-28 2003-12-23 Alstom (Switzerland) Ltd Arrangement for cooling a flow-passage wall surrounding a flow passage, having at least one rib feature
EP1118831A2 (en) * 1999-12-28 2001-07-25 ALSTOM POWER (Schweiz) AG Finned heat transfer wall
EP1114976A2 (en) * 1999-12-28 2001-07-11 ALSTOM POWER (Schweiz) AG Device for cooling a conduit wall provided with at least one fin element
US7055586B2 (en) * 2001-05-25 2006-06-06 Maruyasu Industries Co., Ltd. Multitubular heat exchanger
WO2004035992A1 (en) * 2002-10-18 2004-04-29 Alstom Technology Ltd. Component capable of being cooled
EP2267393A3 (en) * 2003-10-28 2012-07-04 Behr GmbH & Co. KG Flow channel for heat exchanger and heat exchanger provided with such flow channel
EP1682842B1 (en) * 2003-10-28 2014-06-04 Behr GmbH & Co. KG Flow channel for a heat exchanger, and heat exchanger comprising such flow channels
WO2005052490A1 (en) * 2003-10-28 2005-06-09 Behr Gmbh & Co. Kg Flow channel for a heat exchanger, and heat exchanger comprising such flow channels
EP2267393A2 (en) * 2003-10-28 2010-12-29 Behr GmbH & Co. KG Flow channel for heat exchanger and heat exchanger provided with such flow channel
DE102005038395B4 (en) * 2004-08-26 2013-11-28 General Electric Co. Combustor cooling with inclined segmented surfaces
DE202004013882U1 (en) * 2004-09-03 2006-01-12 Autokühler GmbH & Co. KG Heat transfer unit for use in heat exchanger of motor vehicle, has turbulence producing units that are squamously formed and having larger widths at transmission areas, where widths gradually decrease from areas in direction of flow axis
US7192251B1 (en) 2005-08-25 2007-03-20 Snecma Air deflector for a cooling circuit for a gas turbine blade
FR2890103A1 (en) * 2005-08-25 2007-03-02 Snecma Movable gas turbine engine blade e.g. movable high-pressure turbine blade, has air deflector positioned based on air flow that is centrifugal or centripetal, to project air circulating in cavity towards wall of cavity
EP1760261A1 (en) * 2005-08-25 2007-03-07 Snecma Air baffle for the cooling circuit of turbine blades
US8292578B2 (en) 2006-02-09 2012-10-23 Hitachi, Ltd. Material having internal cooling passage and method for cooling material having internal cooling passage
EP1818504A2 (en) * 2006-02-09 2007-08-15 Hitachi, Ltd. Material having internal cooling passage and method for cooling material having internal cooling passage
EP1818504A3 (en) * 2006-02-09 2008-11-05 Hitachi, Ltd. Material having internal cooling passage and method for cooling material having internal cooling passage
GB2441148A (en) * 2006-08-23 2008-02-27 Rolls Royce Plc Gas turbine engine component with coolant passages
DE102006045650B4 (en) * 2006-09-27 2008-08-21 Techeffekt Anstalt Heat exchanger with a helical channel for a forced flow
DE102006045650A1 (en) * 2006-09-27 2008-04-03 Techeffekt Anstalt Forced flow helix channel for thermal converter, fluid mixer or catalyzer, has external flow channel provided with radial fluid bridge to central flow channel
US8215909B2 (en) 2006-11-09 2012-07-10 Siemens Aktiengesellschaft Turbine blade
WO2008055764A1 (en) * 2006-11-09 2008-05-15 Siemens Aktiengesellschaft Turbine blade
EP1921269A1 (en) * 2006-11-09 2008-05-14 Siemens Aktiengesellschaft Turbine blade
DE102011088709A1 (en) * 2011-12-15 2013-06-13 Continental Automotive Gmbh Housing for electric machine, has coolant duct which is provided with turbulence bar for generating turbulence in the cooling liquid transverse to the flow direction of the cooling liquid
WO2014090314A1 (en) * 2012-12-13 2014-06-19 Alfred Kärcher Gmbh & Co. Kg Motor pump unit
US20140230442A1 (en) * 2013-02-20 2014-08-21 Hitachi, Ltd. Gas Turbine Combustor Equipped with Heat-Transfer Device
US9435536B2 (en) * 2013-02-20 2016-09-06 Mitsubishi Hitachi Power Systems, Ltd. Gas turbine combustor equipped with heat-transfer device
WO2015184294A1 (en) * 2014-05-29 2015-12-03 General Electric Company Fastback turbulator
US10364684B2 (en) 2014-05-29 2019-07-30 General Electric Company Fastback vorticor pin
US10233775B2 (en) 2014-10-31 2019-03-19 General Electric Company Engine component for a gas turbine engine
US10280785B2 (en) 2014-10-31 2019-05-07 General Electric Company Shroud assembly for a turbine engine
WO2017171763A1 (en) * 2016-03-31 2017-10-05 Siemens Aktiengesellschaft Turbine airfoil with turbulating feature on a cold wall
CN108884717A (en) * 2016-03-31 2018-11-23 西门子股份公司 With the turbine airfoil of turbulence characteristics in cold wall
US10711619B2 (en) 2016-03-31 2020-07-14 Siemens Aktiengesellschaft Turbine airfoil with turbulating feature on a cold wall
US10808552B2 (en) 2018-06-18 2020-10-20 Raytheon Technologies Corporation Trip strip configuration for gaspath component in a gas turbine engine
EP3584408A1 (en) * 2018-06-18 2019-12-25 United Technologies Corporation Trip strip configuration for gaspath component in a gas turbine engine
EP3584407A1 (en) * 2018-06-19 2019-12-25 United Technologies Corporation Trip strips for augmented boundary layer mixing
US10815793B2 (en) 2018-06-19 2020-10-27 Raytheon Technologies Corporation Trip strips for augmented boundary layer mixing
CN114077136A (en) * 2020-08-20 2022-02-22 台达电子工业股份有限公司 Wavelength conversion element and light source module
CN114077136B (en) * 2020-08-20 2024-03-08 台达电子工业股份有限公司 Wavelength conversion element and light source module
US11949051B2 (en) 2020-08-20 2024-04-02 Delta Electronics, Inc. Wavelength conversion member and light source module
CN113175841A (en) * 2021-04-28 2021-07-27 西安联创分布式可再生能源研究院有限公司 Vortex generation delta wing and vortex generation device
CN116552777A (en) * 2023-07-05 2023-08-08 中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所 Vortex regulator and aircraft

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